电子罗盘
智能手机指南针的工作原理
2、试详细解释智能手机指南针的工作原理(并绘出其传感原理图)？ 答： 1、手机装入软件能分出东南西北是因为手机中内置了电子指南针，电子指南针又称作电子罗盘。电子罗盘的原理是测量地球磁场，按其测量磁场的传感器种类的不同，目前国内市场上销售的电子罗盘可分为以下有三种:磁通门式电子罗盘、霍尔效应式电子罗盘和磁阻效应式电子罗盘。 (1)磁通门式电子罗盘。根据磁饱和原理制成，它的输出可以是电压，也可以是电流，还可以是时间差，主要用于测量稳定或低频磁场的大小或方向，其代表产品是美国KVH工业公司的一系列磁通门罗盘及相关附件。从原理上讲，它通过测量线圈中磁通量的变化来感知外界的磁场大小，为了达到较高的灵敏度，必须要增加线圈横截面积，因而磁通门式电子罗盘不可避免的体积和功耗较大，易碎、响应速度较慢，处理电路相对复杂，成本高。 (2)霍尔效应式电子罗盘。霍尔效应是1879年霍尔首先在金属中发现的。当施加外磁场垂直于半导体中流过的电流就会在半导体中垂直于磁场和电流的方向产生电动势。这种现象称为霍尔效应。其工作原理如图1.1所示。 图1.1霍尔效应原理 如果沿矩形金属薄片的长方向通一电流I，由于载流子受库仑兹力作用，在垂直于薄片平面的方向施加强磁场B，则在其横向会产生电压差U，其大小与电流I、磁场B和材料的霍尔系数R成正比，与金属薄片的厚度d成反比。100多年前发现的霍尔效应，由于一般材料的霍尔系数都很小而难以应用，直到半导体的问世后才真正用于磁场测量。这是因为半导体中的载流子数量少，如果通过它的电流与金属材料相同，那么半导体中载流子的速度就快，所受到的洛伦兹力就更大，因而霍尔效应的系数也就更大。 我们可以把地球磁场假定为和地平面平行，而如果在手机的平面垂直的放上两个这样的霍尔器件，就可以感知地球磁场在这两个霍尔器件的磁感应强度的分量，从而得到地球磁场的方向，有点类似于力的分解。 霍尔效应磁传感器的优点是体积小，重量轻，功耗小，价格便宜，接口电路简单，特别适用于强磁场的测量。但是，它又有灵敏度低、噪声大、温度性能差
电子罗盘的工作原理及校准 电子罗盘,电子指南针,android
Android ST集成传感器方案实现电子罗盘功能 电子罗盘是一种重要的导航工具，能实时提供移动物体的航向和姿态。随着半导体工艺的 进步和手机操作系统的发展，集成了越来越多传感器的智能手机变得功能强大，很多手机 上都实现了电子罗盘的功能。而基于电子罗盘的应用（如Android的Skymap）在各个软件 平台上也流行起来。 要实现电子罗盘功能，需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器。随着微机械工艺的成熟，意法半导体推出将三轴磁力计和三轴加速计集成在一个封装里的二合一传感器模块LSM303DLH，方便用户在短时间内设计出成本低、性能高的电子罗盘。本文以LSM303DLH为例讨论该器件的工作原理、技术参数和电子罗盘的实现方法。 1. 地磁场和航向角的背景知识 如图1所示，地球的磁场象一个条形磁体一样由磁南极指向磁北极。在磁极点处磁场和当地的水平面垂直，在赤道磁场和当地的水平面平行，所以在北半球磁场方向倾斜指向地面。用来衡量磁感应强度大小的单位是Tesla或者Gauss（1Tesla=10000Gauss）。随着地理位置的不同，通常地磁场的强度是0.4-0.6 Gauss。需要注意的是，磁北极和地理上的北极并不重合，通常他们之间有11度左右的夹角。 图1 地磁场分布图 地磁场是一个矢量，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。如果保持电子罗盘和当地的水平面平行，那么罗盘中磁力计的三个轴就和这三个分量对应起来，如图2所示。
图2 地磁场矢量分解示意图 实际上对水平方向的两个分量来说，他们的矢量和总是指向磁北的。罗盘中的航向角（Azimuth）就是当前方向和磁北的夹角。由于罗盘保持水平，只需要用磁力计水平方向两 轴（通常为X轴和Y轴）的检测数据就可以用式1计算出航向角。当罗盘水平旋转的时候，航向角在0?- 360?之间变化。 2．ST集成磁力计和加速计的传感器模块LSM303DLH 2.1 磁力计工作原理 在LSM303DLH中磁力计采用各向异性磁致电阻（Anisotropic Magneto-Resistance）材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁 场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。 在制造过程中，将一个强磁场加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图3所示。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45º角倾斜排列，电流从这些导线上流过，如图4所示。由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45º的夹角。 图3 AMR材料示意图 图4 45º角排列的导线
基于单片机的电子指南针的设计
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/6f17942319.html, 基于单片机的电子指南针的设计 作者：刘季秋彭森 来源：《卷宗》2017年第11期 摘要：指南针是我国的四大发明之一，早期的指南针采用了磁化指针和方位盘的组合方式，这样的指南针携带起来很不方便，且指示灵敏度上有一定不足，准确性很差。本文通过对电子指南针基本工作原理的研究分析，采用磁阻（GMR）传感器采集某一方向磁场强度，然后通过MCU控制器对其进行处理并显示上传，达到了显示当前所指方向的目的。实际测试指南针模块精度达到1°，能够在LCD上显示当前方位，并能通过键盘控制上传数据到上位机。这样的指南针精度更高，更智能，在大大提高了精度的同时，也降低了成本和设计难度。 1 引言 指南针是用以判别方位的一种简单仪器，又称指北针。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。 电子指南针系统是一个典型的单片机系统，了解其工作原理及其信号处理流程有利于研究更加复杂的嵌入式系统，特别是系统中采用进口的磁传感器及其相关信号的采集芯片更是有利于研究磁场传感器的实现机理，以便将其更加广泛的应用。 2 工作原理 本系统采用磁阻（GMR）传感器采集磁场强度，然后把磁场强度转换成数字量，单片机 再对这些数字量进行处理，最后将处理得到的结果进行显示。 电子指南针的系统主要由前端磁阻传感器、磁场测量专用转换芯片、单片控制器、辅助扩展电路、键盘、显示模块以及系统电源几个部分组成。 整个系统中前端的磁阻传感器负责测量地磁场的大小并将磁场的变化转化为微弱的电流的变化，专用的磁场测量芯片负责把磁阻传感器变化的电流（模拟量）转换成微控制器可以识别的数字量，然后将该数字信号即采集到的数据通过SPI总线上传给微控制器。微控制器将表征当前磁场大小的数字量按照方位进行归一化等处理后通过直观的LCD进行方位显示，同时可以通过键盘控制微控制器进行相应的操作，如将转换后的数据通过串口的形式发送到上位机。整个系统中还包含了实时时钟等一些辅助电路，使整个系统功能得到进一步的扩展，这使得电子指南针更具备实用价值。 3 电源电路
MEMS陀螺仪工作原理
陀螺仪是用来测量角速率的器件，在加速度功能基础上，可以进一步发展，构建陀螺仪。 陀螺仪的内部原理是这样的：对固定指施加电压，并交替改变电压，让一个质量块做振荡式来回运动，当旋转时，会产生科里奥利加速度，此时就可以对其进行测量；这有点类似于加速度计，解码方法大致相同，都会用到放大器。 角速率由科氏加速度测量结果决定 - 科氏加速度 = 2 × (w ×质量块速度) - w是施加的角速率(w = 2 πf) 通过14 kHz共振结构施加的速度（周期性运动）快速耦合到加速度计框架 - 科氏加速度与谐振器具有相同的频率和相位，因此可以抵消低速外部振动 该机械系统的结构与加速度计相似（微加工多晶硅） 信号调理（电压转换偏移）采用与加速度计类似的技术 施加变化的电压来回移动器件，此时器件只有水平运动没有垂直运动。如果施加旋转，可以看到器件会上下移动，外部指将感知该运动，从而就能拾取到与旋转相关的信号。
上面的动画，只是抽象展示了陀螺仪的工作原理，而真实的陀螺仪内部构造是下面这个样子。
PS：陀螺仪可以三个一起设计，分别对应于所谓滚动、俯仰和偏航。 任何了解航空器的人都知道，俯仰是指航空器的上下方向，偏航是指左右方向，滚动是指向左或向右翻滚。要正确控制任何类型的航空器或导弹，都需要知道这三个参数，这就会用到陀螺仪。它们还常常用于汽车导航，当汽车进入隧道而失去GPS信号时，这些器件会记录您的行踪。 无人机在飞行作业时，获取的无人机影像通常会携带配套的POS数据。从而在处理中可以更加方便的处理影像。而POS数据主要包括GPS数据和
IMU数据，即倾斜摄影测量中的外方位元素：（纬度、经度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa））。 GPS数据一般用X、Y、Z表示，代表了飞机在飞行中曝光点时刻的地理位置。 飞控是由主控MCU和惯性测量模块（IMU，Inertial Measurement Unit）组成。IMU提供飞行器在空间姿态的传感器原始数据，一般由陀螺仪传感器/加速度传感器/电子罗盘提供飞行器9DOF数据。 IMU中的传感器用来感知飞行器在空中的姿态和运动状态，这有个专有名词叫做运动感测追踪，英文Motion Tracking。运动感测技术主要有四种基础运动传感器，下面分别说明其进行运动感测追踪的原理。 微机电系统（MEMS） IMU中使用的传感器基本上都是微机电系统（MEMS），是半导体工业中非常重要的一个分支。 微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是一种先进的制造技术平台。微机电系统是微米大小的机械系统，是以半导体制造技术为基础发展起来的。 我们的四轴飞行器上用到的加速度陀螺仪MPU6050，电子罗盘 HMC5883L都是微机电系统，属于传感MEMS分支。传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来感受转换电信号的器件和系统。 加速器（G-sensors） 加速器可用来感测线性加速度与倾斜角度，单一或多轴加速器可感应结合线性与重力加速度的幅度与方向。含加速器的产品，可提供有限的运动感测功能。 加速度计的低频特性好，可以测量低速的静态加速度。在我们的飞行器上，就是对重力加速度g（也就是前面说的静态加速度）的测量和分析，其它瞬间加速度可以忽略。记住这一点对姿态解算融合理解非常重要。 当我们把加速度计拿在手上随意转动时，我们看的是重力加速度在三个轴上的分量值。加速度计在自由落体时，其输出为0。为什么会这样呢？这里涉及到加速度计的设计原理：加速度计测量加速度是通过比力来测量，而不是通过加速度。
电子罗盘
电子指南针 指南针 1、概述 指南针是用以判别方位的一种简单仪器。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的南极，利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。 指南针的发明是我国劳动人民，在长期的实践中对物体磁性认识的结果。由于生产劳动，人们接触了磁铁矿，开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石引铁的性质。后来又发现了磁石的指向性。经过多方的实验和研究，终于发明了可以实用的指南针。 2、磁偏角与磁倾角 现在人们已经知道，地球的两个磁极和地理的南北极只是接近，并不重合。磁针指向的是地球磁极而不是地理的南北极，这样磁针指的就不是正南、正北方向而略有偏差，这个角度就叫磁偏角。又因为地球近似球形，所以磁针指向磁极时必向下倾斜，和水平方向有一个夹角，这个夹角称为磁倾角。不同地点的磁偏角和磁倾角都不相同。磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。
图1. 地球磁场示意图 3、罗盘定位 要确定方向除了指南针之外，还需要有方位盘相配合。最初使用指南针时，可能没有固定的方位盘，随着测方位的需要，出现了磁针和方位盘一体的罗盘 4、电子指南针 指南针是一个重要的导航工具，甚至在G P S中也会用到。电子指南针将替代旧的针式指南针或罗盘指南针，因为电子指南针全采用固态的元件，还可以简单地和其他电子系统接口。 电子指南针系统中磁场传感器的磁阻（M R）技术是最佳的解决方法，和现在很多电子指南针还在使用的磁通量闸门传感器相比较，M R技术不需要绕线圈而且可以用I C生产过程（I C-l i k e p r o c e s s）生产，是一个更值得使用的解决方案。 由于M R有高灵敏度，它甚至比这个应用范围中的霍尔元件更好。
电子指南针
电子指南针 概述 指南针是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。公司生产的半导体器件KMZ52是一种专门用于电子指南针的二维磁场传感器。它采用磁场传感器的磁阻（MR）技术，并用翻转技术消除信号偏移，而用电磁反馈技术来消除温度的敏感漂移。由于外界存在干扰，该系统集成了几种特殊的抗干扰技术来提高系统精度。本文介绍了电子指南针的工作原理及电路设计，同时给出了其抗干扰设计以及信号和数据的处理方法。 编辑本段工作原理与总体方案 Z1和Z4为翻转线圈，Z2和Z3为补偿线圈。由于环境温度可能会影响系统精度，因此，在高精度系统中，可以通过补偿线圈对其进行补偿。内部有两个正交的磁场传感器? 分别对应二维平面的X轴和Y轴。磁场传感器的原理是利用磁阻（MR）组成磁式结构，这样可改变电磁物质在外部磁场中的电阻系数。以便在磁场传感器的翻转线圈Z1和Z2上加载翻转电信号后使之能够产生变化的磁场。由于该变化磁场会造成磁阻变化（ΔR）0并将其转化成变化的差动电压输出，这样，就能根据磁场大小正比于输出差动电压的原理，分别读取对应的两轴信号，然后再进行处理计算即可得到偏转角度。整个电子指南针系统主要由传感器单元、信号调整单元（SCU）、方向确定单元（DDU）和显示单元四部分组成。电子指南针的总体设计框图如图2所示。图中，磁场传感器KMZ52用于将地磁场信号转化成电信号输出，信号调整单元用于将磁场传感器单元中的输出信号成比例放大，并将其转换成合适的信号hex和hey，同时消除信号的偏移。对于保证系统的精度来说，SCU是最重要的部件。通过DDU可将信号调整单元输出的两路信号hex和hey进行放大，然后再按下式计算出偏转角度α：α＝arctan?hey／hex这样根据抗干扰技术算法对α进行处理就可得出该磁场的偏转角度，最后通过显示单元进行输出。 编辑本段硬件设计 内部桥式结构的磁阻输出是差动电压，通过运算放大器可以成比例放大，因此，在测量地磁场信号时，为了将两个磁场传感器信号放大同样的倍数，可以将二者的翻转线圈串联，并对差动电压选用同样的运放结构。翻转信号从①口输入，X、Y轴差动电压信号则分别从②、③口输出。然后通过处理系统对传来的信号进行A／D采样、数值处理和校正后，即可得到所求的角度。 编辑本段数值处理 由于KMZ52的输出信号很微弱，故信号干扰较大。在输出幅值很小的位置上，通常有300mV左右且变化很大的干扰；而在输出幅值时则近似保持恒值。两路信号幅值与角度的关系如图4所示。为使二者的比值接近tanα?0＜α＜90°的变化，可以在幅值较大且数值变化较小的角度范围内，使幅值保持基本不变；而在幅值较小且数值变化较大的角度范围内，用一个函数改变其幅值变化曲线。具体实现时，可按照一定角度对曲线进行分段，并对各段用一次函数y＝ax＋b去拟合。这样，就可以使幅值变化曲线接近tanα。角度划分越细，精度越高。磁场传感器KMZ52的精度为3°，若按15°划分，可将精度提高到1°。若按5°对其划分，精度可高达0．3°。如划分更细，精度还可进一步提高。若采用高阶函数去拟合，也可以提高精度。实际上，在精度要求不高的情况下，通常以15°划分就可以达到要求。 编辑本段干扰校正
二维码导航工作原理
总体设计: 该系统由以陀螺仪导航系统、视觉系统、AGV子系统、电源管理系统、传感器系统和装置机械结构五部分组成。导航采用陀螺仪导航为主，视觉导航为辅，最大化融合和利用各导航的优势，提高系统的可靠性和导航精度。 其运行原理如下：AGV在接收到工作中心的指令后，由导航系统将其指引至货物装载处，装载完毕后，按照预设指令，其分析起点-终点路径后，规划出最佳行走路径，行走至指定位置。该过程中不断利用导航系统识别周围特征标志信息，以实时利用AGV子系统计算分析其所处位置，之后利用无线通信方式发送至工作中心电脑，以管理和规划工业现场的总体物流运行进度，避免相互干涉，提高运输效率。 项目技术归纳为以下几点： （1）陀螺仪导航与视觉联合导航：本系统采用陀螺仪导航系统专用模块，主要实现技术为差分定位，并结合工业现场的地图，利用车载控制系统实时分析系统地图坐标数据，之后与地图信息对比以获取定位信息。项目采用图QR码扫描自适应阈值算法的视觉技术识别运动过程中的关键标志物，辅以航位推算系统以达到路径自动辨识和规划，从而最终达到对AGV导航的目的。通过视觉定位QR码技术导航的图像获取、摄像机标定、特征提取和深度恢复等过程，以达到对物体的位置精确定位。 QR码（二维码） （2）路径规划：AGV运行路径规划分为全局规划和局部规划。全局规划中采用切线图法，即将路径中关键点作为特征点，将该特征点的切线表示弧，这样可以获取AGV起始点和目标点的最短路径，提高AGV路径进行规划的速度；局部规划中采用人工势场法，其设计思想是将AGV在工业现场作业视为一种抽象人造受力场中的运动，通过建立人工势场的负梯度方向指向系统的运动控制方向，目标点对AGV产生引力，障碍物对AGV产生斥力，其驱动结果使其在势场合力作用下控制AGV运动方向并计算AGV位置，为防止工业现场AGV在到达目标位置前陷入局部小点而无法达到预设位置，系统利用模拟退火算法使势函数跳出局部极小点，以使AGV顺利到达目标位置。 （3）多任务分解及协调：为解决多个AGV间任务分配、路径规划和相互协调，系统采用模糊动态数学模型的方法，该方法基于专家辨识系统的设计思路，将任务分配分解为“最重要、重要、一般、次要”四个等级，并将路径规划为“最近、较近、合理、备选”四个等级，之后利用模糊动态数学模型进行建模和分析，输出最佳的任务分解和路径规划。具体应用中，利用工业现场工作中心对多个AGV提前预置任务和目标路径，提供给系统的初始输入和输出，由系统自动完成对任务和路径的分析，并将指令传送至各AGV车载控制系统，以达到AGV间的任务协调和路径选取。需要指出的是，为了解决实际应用过程中由于任务的不断更
电子罗盘的方位角计算公式
BY 电子罗盘的方位角计算公式 丙寅电子 Honeywell 在中国区的特级代理。 上海丙寅电子有限公司是美国霍尼韦尔提供软硬件全套解决方案，如需要任何设计与技术方面的支的项目支持经验。 在磁阻传感器应用领域有丰富 上海丙寅电子有限公司 电话：８６ ０２１ ６５０７２６７５ 传真：８６ ０２１ ６５０７５８７８ 地址：中国 上海市虹口区四平路１８８号上海商贸大厦８０１室 公司主页：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｉｎｇｙｉｎｄｚ．ｃｏｍ 邮箱：ｂｙ０７＠ａｎｏｔｒｏｎ．ｃｏｍ 持可与我们联系，将助您在最短的时间内设计成功。
如何得到罗盘的方位角 磁阻传感器为建立罗盘导航系统提供了固态有效的解决办法！但是我们怎么才能够从简单的3轴数据得到罗盘的方位角呢？下面就将一步步告诉你如何去实现！1）当3轴磁力计工作时可以读到XYZ 三轴的磁场强度，此时的数值并不能直接用作方位角的计算！因为此时的读数可能受到器件版面上其他一些含磁材料的影响，形成圆心坐标的硬铁漂移！ 用作方位角计算的XYZ 数值必须将此漂移值移除，使圆心回到原点。 上海丙寅电子上 海丙寅电子上海丙寅电子上海丙寅电子上 海丙寅电子上 海丙寅电子丙寅电子寅电子寅电
具体的办法是：1，水平匀速旋转，收集XY 轴的数据 2，转动器材90度（此时Z 轴水平）匀速旋转以收集Z 轴数据 3，将读取到的各轴数据的最大值加上最小值除以2，就得到一个各轴的offset 值 Xoffset=（Xmax+Xmin ）/2 Yoffset=（Ymax+Ymin ）/2 Zoffset=（Zmax+Zmin ）/24，然后将磁力计读取的各轴的裸值减去前面计算所得的offset 值，就可以得到用作角度计算的Heading 值 X H =X 裸-Xoffset Y H =Y 裸-Yoffset Z H =Z 裸-Zoffset 如果只用作水平测量，则此时的方位角为 方位角=arctanY H /X H 上海丙寅电子 上海丙寅电子 上海丙寅电子 上海丙寅电子上 海丙寅电子上海丙寅电子海丙寅电子海丙寅电子 海丙寅电子
数字式电子罗盘毕业设计
毕业设计说明书数字式电子罗盘设计 学生姓名：孔垂礼学号： 1105044263 学院：计算机与控制工程 专业：电气工程及其自动化 指导教师：龙达峰 2015 年 06 月
数字式电子罗盘设计 摘要 数字式电子罗盘具有很多优点，例如：体积比较小、启动非常迅速、功率损耗较低、制造成本低廉等,当今社会测控技术对测向传感器提出了非常高的要求;为了提高数字 罗盘的测量精度,特意设计了一种基于HMC5883L三轴磁阻传感器[1]的数字电子罗盘;在分析相关类似产品的基础上,特别强调对电源、器件选型、信号调理电路、软件设计等方面进行了分析研究,设计出了数字罗盘并且研制了试验的样机;为验证设计效果,在双轴陀螺测试转台上进行了测试,试验结果初步验证了该设计方案的可行性;论文的研究 工作可以为研究和改良数字式磁罗盘的测量准确度提供可靠的资料. 关键词：地磁场，数字罗盘，HMC5883L三轴磁阻传感器，重力加速度计
Here is the translation of your chinese paper’s title Abstract Digital electronic compass, has small volume, quick start, low power consumption, and low cost, the modern measurement and control technology puts forward higher requirements on sensor of direction finding; In order to improve the precision of the digital compass, we design a HMC5883L triaxial magnetic resistance sensor based digital electronic compass; On the basis of the analysis of related products, focuses on the power supply, device selection, signal conditioning circuit and software design are analyzed in aspects of research, design the digital compass and test prototype was developed; To verify the design effect, on the two-axis gyro testing table was tested, experimental results verify the feasibility of the design scheme of; Thesis research work could be used to research and provide reference for improving the measuring accuracy of digital magnetic compass. Key words : Earth's magnetic field, digital compass, HMC5883L three-axis magnetic resistance sensor, the gravity accelerometer
电子指南针开题报告
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 指南针是人类日常生活中不可缺少的一种判别方向的工具。在人类历史的几千年前，指南针就已经被发明并予以应用。如今，在军事，工业，导航，生活等的各个方面，指南针一如既往地发挥其作用。 中国是世界上公认发明指南针（Compass）的国家。据《古矿录》记载最早出现于战国时期的河北磁山（今河北省邯郸市磁山一带）一带。指南针的发明是我国汉族劳动人民在长期的实践中对物体磁性认识的结果。由于生产劳动，人们接触了磁铁矿，开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石吸引铁的性质，后来又发现了磁石的指向性。经过多方面的实验和研究，终于发明了实用的指南针。 最早的指南针是司南。它是用天然磁石制成的。样子象一把汤勺，圆底，可以放在平滑的“地盘”上并保持平衡，且可以自由旋转。当它静止的时候，勺柄就会指向南方。司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成，青铜盘上刻有二十四向，置磁勺于盘中心圆面上，静止时，勺尾指向为南。 虽然指南针的始祖在中国被发明，但是由于社会的进步和发展，人们对方位的判断要求也随之提高。因此，古代的司南及各类机械指南针由于种种因素并未得到广泛的应用，如，天然磁体资源有限并不易找到，在后期加工时又容易因为打击、受热等工序而失磁。也是因为这样，司南的磁性比较弱，而通过接触旋转而指明方向，需要它与地盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难于旋转，影响指南效果。机械指南针的可携带性以及稳定性也是导致其未能普遍使用的因素。 近几十年来，由于国内外电子技术的飞速发展，特别是在磁传感器和专用芯片（ASIC）上的发展使能指南针的基本实现机理有了质的改变，不再是机械结构而采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量和处理后指示方向，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针。与传统的机械指针式指南针相比，因电子式指南针采用电信号传送，且以较为直观的方式显示测量的结果，所以电子式指南针无论是在灵敏度上还是在精度上都远胜前者，而且不会因为机械磨损而减短使用寿命。且电子指南针采用高度集成的功能性模块，其体积与重量可以达到很小，在可携带性上也大大优于机械指南针。 国外现阶段研究电子指南针的主要应用是提供地磁导航功能，相对于其他导航手段而言,地磁导航起步得比较晚。在20世纪60年代中期,美国的E2systems公司提出了基于地磁异常场等值线匹配的MAGCOM系统, 70年代获得测量数据后,系统进行了离线实验。20世纪80年代初,瑞典的Lund学院对船只的地磁导航进行了实验验证,实验中将地磁强度的测量数据与地磁图进行人工比对,确定船只的位置,同时根据距离已知的两个磁传感器的输出时差,确定船只的速度。
地磁电子罗盘
磁电子罗盘是一种利用地磁场实现定向功能的装置，在移动机器人导航方面有着重要的应用价值。与传统的自主惯性导航设备相比，磁电子罗盘具有体积小、成本低、无累计误差、能够自动寻北等特点。与常规的指针型罗盘相比，磁电子罗盘在抗冲击性、抗震性等方面性能良好。并且能够对杂散磁场进行补偿，输出电信号．可方便地与其他电子设备组成应用系统。 本罗盘设计采用Philips公司的KMZ52磁阻传感器和Microchip公司的PIC16F818单片机。并对罗盘进行详细介绍。 2地磁场 由于地球本身具有磁性。在地球和近地空间之间存在磁场，称为地磁场。地磁场的强度为0.3高斯至0.6高斯，其大小和方向随地点(甚至随时间)而异。地磁场的北极、南极分别在地理南极、北极附近，彼此并不重合，而且两者间的偏差随时间缓慢变化。 本文设计的二维磁电子罗盘用于测量、计算磁场的方位角，并将其转换为电信号传输给移动机器人的控制器。此磁电子罗盘采用磁电阻传感器，移动机器人的控制器接收来自磁电阻传感器信号，此信号均为0 V～5 V模拟量，电压值的变化表现为航向角的不同，并且要求高可靠性和一定精度。 3各向异性磁阻传感器的测量原理 各向异性磁电阻效应是指对于强磁性金属(铁、钴、镍等及其合金)，当外加磁场平行于磁场内部磁化方向时，阻值不变；若外界磁场方向偏离时，则其阻值减小；如果把这类金属做成薄膜带状导线，当电流通过时，其阻值大小随内外两磁场的合成磁化方向与电流流向的相对关系变化，趋于同向时阻值增大，背向时阻值减小。由于坡莫(NiFe)合金在弱磁场下的电阻变化率较大，因此适用于弱磁场中。 KMZ52是Philips公司生产的一种磁阻传感器，是利用坡莫合金薄片的磁阻效应测量磁场的高灵敏度磁阻传感器。该磁阻传感器内置两个正交磁敏电阻桥、完整的补偿线圈和设置／复位线圈。补偿线圈的输出与当前测量结果形成闭环反馈，使传感器的灵敏度不受地域限制。这种磁阻传感器主要应用于导航、通用地磁测量和交通检测。该磁阻传感器在金属铝的表面沉积了一定厚度的高磁导率的坡莫合金，在翻转线圈和外界磁场两个力的作用下，电子改变运动方向，使得磁敏电阻的阻值发生变化。同时KMZ52的斑马条电阻成45°放置，这使得电子在正反向磁场力作用下有较好的对称性。由于加入了翻转磁场，KMZ52的变化曲线与普通的磁敏电阻不同，更加线性化。KMZ52磁阻传感器的核心部分是惠斯通电桥，是由4个磁敏感元件组成的磁阻桥臂。磁敏感元件由长而薄的坡莫合金薄膜制成。在外加磁场的作用下，磁阻的变化引起输出电压的变化。 如图1所示，KMZ52磁阻传感器的等效电路，其中，R1～R4的阻值均为R，供电电源为U。在外加偏置磁场H的作用下，R1和R4的磁化方向背向电流方向转动引起阻值减小。而R2和R3的磁化方向朝向电流方向转动，阻值增大△R。计算得：
基于LSM303DLH集成传感器的电子罗盘实现方法
基于LSM303DLH集成传感器的电子罗盘实现方法 电子罗盘是一种重要的导航工具，能实时提供移动物体的航向和姿态。随着半导体工艺的进步和手机操作系统的发展，集成了越来越多传感器的智能手机变得功能强大，很多手机上都实现了电子罗盘的功能。而基于电子罗盘的应用(如Android的Skymap)在各个软件平台上也流行起来。 要实现电子罗盘功能，需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器。随着微机械工艺的成熟，意法半导体推出将三轴磁力计和三轴加速计集成在一个封装里的二合一传感器模块LSM303DLH，方便用户在短时间内设计出成本低、性能高的电子罗盘。本文以LSM303DLH为例讨论该器件的工作原理、技术参数和电子罗盘的实现方法。 1. 地磁场和航向角的背景知识 如图1所示，地球的磁场象一个条形磁体一样由磁南极指向磁北极。在磁极点处磁场和当地的水平面垂直，在赤道磁场和当地的水平面平行，所以在北半球磁场方向倾斜指向地面。用来衡量磁感应强度大小的单位是Tesla或者Gauss(1Tesla=10000Gauss)。随着地理位置的不同，通常地磁场的强度是0.4-0.6 Gauss。需要注意的是，磁北极和地理上的北极并不重合，通常他们之间有11度左右的夹角。 图1 地磁场分布图 地磁场是一个矢量，对于一个固定的地点来说，这个矢量可以被分解为两个与当地水平面平行的分量和一个与当地水平面垂直的分量。如果保持电子罗盘和当地的水平面平行，那么罗盘中磁力计的三个轴就和这三个分量对应起来，如图2所示。
图2 地磁场矢量分解示意图 实际上对水平方向的两个分量来说，他们的矢量和总是指向磁北的。罗盘中的航向角(Azimuth)就是当前方向和磁北的夹角。由于罗盘保持水平，只需要用磁力计水平方向两轴(通常为X轴和Y轴)的检测数据就可以用式1计算出航向角。当罗盘水平旋转的时候，航向角在0o- 360o之间变化。 2.ST集成磁力计和加速计的传感器模块LSM303DLH 2.1 磁力计工作原理 在LSM303DLH中磁力计采用各向异性磁致电阻(Anisotropic Magneto-Resistance)材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。 在制造过程中，将一个强磁场加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图3所示。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45o角倾斜排列，电流从这些导线上流过，如图4所示。由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45o的夹角。
陀螺仪基本原理
陀螺仪介绍2013-1-28
?陀螺仪发展及应用情况 ?MEMS陀螺仪基本原理 ?陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的 对比以及九轴概念 ?测试讨论 2013-1-28
?陀螺仪发展及应用情况 ?MEMS陀螺仪基本原理 ?陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的 对比以及九轴概念 ?测试讨论 2013-1-28
2013-1-28 1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault ）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子 （rotor ），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro （旋转）和skopein （看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。
?最初的陀螺仪主要用于航海，起稳定船体的作用，此时主要是二维陀螺仪； ?后在航空、航天领域开始广泛的应用。用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示 陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。在这些应用中都是三维陀螺仪； ?另外，在军事领域，陀螺仪也发挥着重要作用，例如炮弹的旋转、导弹的惯性导航系统，以提高击中－杀伤比 ?最开始用于航海、航空、航天的陀螺仪都是机械式的，到了现代，主要可以分为压电陀螺仪、微机械陀螺仪、光纤陀螺仪、激 光陀螺仪，现代陀螺仪在结构上已不具备“陀螺”，只是在功能上 与传统的机械陀螺仪同样罢了 2013-1-28
2013-1-28 现在广泛使用的MEMS （微机械）陀螺可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。并且MEMS 陀螺相比传统的陀螺有明显的优势： 1、体积小、重量轻，适合于对安装空间和重量要求苛刻的场合，例如弹载测量等； 2、低成本； 3、更高可靠性，内部无转动部件，全固
基于磁阻芯片和MSP430单片机的电子罗盘设计_郭检柟
第8卷 第1期 信 息 与 电 子 工 程 Vo1．8，No．1 2010年2月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Feb．，2010 文章编号：1672-2892(2010)01-0012-04 基于磁阻芯片和MSP430单片机的电子罗盘设计 郭检柟 (东南大学 IC 学院，江苏 南京 210096) 摘 要：电子罗盘是一种获取载体姿态航向的设备。介绍磁电子罗盘的工作原理及其具体实现，利用Honeywell 的HMC1022双轴磁阻传感器设计了一种小型化的电子罗盘，利用AD623高精密度放大器作信道调理电路，利用低功耗的MSP430微处理器完成A /D 转换、方位角计算以及数字化输出等工作。采用置位/复位电路配合微处理器有效解决了传感器失调和漂移的影响。实验表明该系统具有良好的获取航向能力，且运行稳定，功耗低，误差小于1°。 关键词：地磁场；电子罗盘；磁阻芯片；MSP430微处理器 中图分类号：TN911.72 文献标识码：A Design of digital compass with magneto resistive chip and the MCU of MSP430 GUO Jian -nan (School of IC，Southeast University，Nanjing Jiangsu 210096，China) Abstract：Digital compass is a kind of device which can acquire the carrier ’s attitude. This study introduced the principle of an electronic compass. By using magneto resistive sensor chip HMC1022 made by Honeywell，a 2-axis electronic compass was developed. The amplifier AD623 was used as the signal conditioning circuit. The MPU MSP430 was in charge of A/D converting, azimuth computing and digital outputting. And the Set/Reset(S/R) circuit was adopted so that the error due to null and drift could be minimized. Experiment results showed that the system had good ability to acquire the carrier ’s attitude with stable operation and low power consumption. The error was below 1°. Key words：geomagnetic field；digital compass；magneto resistive sensor chip；MSP430 1 电子罗盘的测量原理 地球的磁感应强度大约为50 μT~60 μT ，相当于沿着地球中心的一个磁棒，磁棒的两极相对于地理的两极有大约11.5°的夹角。无论何地，地球磁场的水平分量永远指向磁北极。这一原理是所有罗盘的制作基础。所有罗盘都是测量地球磁场的北方向，其他方向即可推算出来。地球磁场的北方向和实际的北方向有差别，而这种差别的大小在地球上的不同地点是不同的，所以必须知道罗盘所在的大致位置，才能计算出如何补偿地磁和真实北方向的差别，以显示出真实的北方向。 磁北的方向就是地磁场在水平面上分量的方向。假设电子罗盘处于水平面上，要确定其相对于磁北的航向角α。由磁阻传感器可以直接得出地磁场的水平分量H x ,H y ，因此相对于磁北的航向角为： arctan β=x y H H (1) 正切函数的周期为180°，为保证数据有效性，船体航向角α转换到相对磁北0°~360°的范围内。可将式(1)分解为式(2)，由此可以得到相对于磁北极的360°范围内(顺时针方向)的航向角，加上当地的磁偏角就可以算出与真北的航向角。 2 电子罗盘系统硬件结构 本设计使用Honeywell 生产的AMR 二轴磁阻传感器HMC1022作为磁场测量元件，通过置位/复位(S/R)电路 收稿日期：2009-09-10；修回日期：2009-11-20
stm32电子指南针
《小型智能电子终端》 课程设计说明书 题目：电子指南针 院（系）：信息科学与工程学院 专业班级：电子1102 学生姓名：王金辉 学号：20111185061 指导教师：徐琴 20 14 年 6 月 9 日至20 14 年 6 月 25 日 华中科技大学武昌分校制
小型智能电子终端课程设计任务书
目录 1.前言 (1) 2.总体设计方案 (2) 2.1总体设计 (2) 3．硬件设计 (3) 3.1 STM32 (3) 3.2显示模块 (4) 4.软件设计 (6) 4.1 12864模块 (6) 4.2 主函数模块 (7) 5.系统调试 (10) 6.结论 (11) 7. 心得与体会 (13)
1.前言 指南针是用以判别方位的一种简单仪器,是一种重要的导航工具，可应用在多种场合中。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量等方面。 随着人们对指南针原理认识的不断深入，指南针也由先前笨重的“司南”发展到现在的便携式的指南针。但其基本构造是没有改变的，都是属于机械的指针式，其指示的机械结构基本上没有改变，都是利用某种支撑使得磁针能够受到地磁场的影响而自由的旋转。由于机械的先天因素导致了指针式指南针在便携性、灵敏度、精度以及使用寿命上都有一定的限制。由于国内外电子技术的飞速发展，特别是在磁传感器和专用芯片上的发展使能指南针的基本实现机理有了质的改变，不再是机械结构而采用了磁场传感器和专用处理器对磁场进行测量和处理后指示方向，这就是当前应用较为广泛的电子式指南针。 电子指南针内部结构固定，没有移动部分，可以简单地和其它电子系统接口，因此可代替旧的磁指南针。并以精度高、稳定性好等特点得到了广泛运用。本设计采用Honeywell公司的各向异性磁阻(AMR)传感器芯片HMC5883L。霍尼韦尔HMC5883L是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁传感器芯片，HMC5883L包括最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使指南针精度控制在1°~2°的12位模数转换器。简易的I2C 系列总线接口。HMC5883L采用霍各向异性磁阻(AMR)技术，该技术领先于这些各向异性传感器具有在轴向高灵敏度和线性高精度的特点。传感器具有的对正交轴的低灵敏度的固相结构能用于测量地球磁场的方向和大小，其测量范围从负8高斯到 8 高斯(gauss)。本文介绍了电子指南针的工作原理及电路硬件及软件的设计，同时给出了其抗干扰设计以及信号和数据的处理方法。
FAD-DCM-SPI 电子罗盘模块规格书
FAD-DCM-SPI电子罗盘模块规格书 1、模块功能： 本模块主要由高可靠、强抗干扰工业级单片机和PNI公司高可靠性的磁通传感器及驱动芯片组成，集成度非常高，实现了高可靠性、高精度、强抗磁场干扰的数码电子罗盘功能，非常方便各种产品快速增加电子罗盘功能。本电子罗盘采用SPI接口,可输出00~3590角度，并具有正北校准及硬磁补偿功能。 2、应用范围： 后视镜方向指示，车载指南针，运动表指南针等。 3、性能特征: ○ 工作电压: 5V; ○ 低功耗; ○ –20 0C ~ +70 0C； ○ 电子指南针 ● 范围: 0O ~359O; ● 精度: +/-2O; ● 分辨率: 1O; --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 地址：深圳市福田区华强北路圣廷苑酒店B座1206室
4、电路方框图: 图(1) FAD-DCM-SPI电路框图 5、模块接口规则： 5.1 引脚定义(见图12) 名称输入/输出引脚号描述 VDD I 1 工作电压5V GND I 2 电源和信号地 RESET I 3 模块复位端（不用时悬空），高电平复位 SPICLK I 4 时钟输出端（模块接收同步） MISO O 5 数据输出端（模块输出数据） MOSI I 6 数据输入端（模块接收命令） /SS I 7 片选端（模块接收） --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 地址：深圳市福田区华强北路圣廷苑酒店B座1206室